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スクリューフィーダー
(スクリューフィーダー)
スクリューフィーダー
スクリューフィーダーとは、回転するらせん状のスクリューによって、粉体や粒体を一定方向へ送り出す供給装置です。筒状またはトラフ状のケーシング内でスクリューを回転させ、原料を連続的または間欠的に搬送します。
ホッパーやサイロから計量機への原料供給、袋や容器への充填、混合機への定量投入など、粉体を扱うさまざまな設備で使用されます。
ハカルプラスでは、粉体特性、必要供給量、計量精度、清掃性、設置条件を確認し、スクリュー形状、駆動方式、供給ゲート、計量制御まで含めた設備を設計します。
スクリューフィーダーの仕組み
スクリューフィーダーは、主にスクリュー、ケーシング、投入口、排出口、モーター、減速機、軸受で構成されます。
モーターの回転を減速機を介してスクリューへ伝え、羽根の回転によって原料を投入口から排出口へ押し進めます。
供給量は、スクリュー外径、軸径、羽根ピッチ、回転速度、粉体のかさ密度、スクリュー内の充満率などによって変化します。
理論供給量の考え方
スクリュー1回転当たりの理論搬送容積Vは、有効断面積AとピッチPから、概略的に次のように考えられます。
V＝A×P
スクリュー外径をD、軸径をdとすると、有効断面積Aは次の式で表せます。
A＝π×（D2－d2）÷4
回転速度をn、充満率などを考慮した係数をηとすると、体積供給量Qvは概略的に次の関係になります。
Qv＝A×P×n×η
さらに、粉体のかさ密度をρとすると、質量供給量Qmは次のように求められます。
Qm＝Qv×ρ
ただし、実際の供給量は、粉体の滑り、圧縮、付着、ホッパー内の原料高さなどにも左右されます。計算値は装置寸法を決める目安とし、必要に応じて実粉テストで確認します。
主なスクリュー形式
全羽スクリュー
中心軸の周囲に連続した羽根を設けた一般的な形式です。幅広い粉体や粒体に使用できますが、付着性や圧縮性の高い原料では、軸や羽根への付着に注意します。
リボンスクリュー
外周部を帯状の羽根で構成した形式です。中心部の羽根が少なく、付着しやすい粉体や、原料を過度に圧縮したくない用途で採用されることがあります。
2軸スクリュー
2本のスクリューを並べて回転させる方式です。同じ径のスクリューを組み合わせる同径式や、大径と小径を組み合わせる親子式があります。
原料をかきほぐしながら供給でき、広い供給量範囲へ対応しやすいことが特長です。
バリピッチスクリュー
搬送方向に沿って羽根ピッチを変化させる形式です。ホッパーの投入口全体から原料を引き出し、特定部分への偏りや圧縮を抑えるために使用します。
計量設備での粗供給・微供給
バッチ計量では、計量時間と精度を両立するため、高速の粗供給と低速の微供給を切り替えます。
- 計量開始時は高速で供給する
- 切替重量へ到達すると回転速度を下げる
- 低速で少量ずつ供給する
- 停止重量でスクリューを停止する
- 停止後に落下した原料を含めて重量を確定する
インバーターによる多段速制御やアナログ速度指令を使用し、PLCや計量コントローラから回転速度を変更します。
停止後落差と計量精度
スクリューを停止しても、排出口付近やシュート内に残った原料が計量器へ落下します。この量を停止後落差と呼びます。
目標重量をWt、予測される停止後落差をWf、供給停止重量をWsとすると、概略的に次のように設定します。
Ws＝Wt－Wf
停止後落差は、低速時の供給量、粉体の流動性、排出口形状などで変化します。直近の計量実績から補正値を更新する学習制御を組み合わせる場合もあります。
さらに後落ちを抑えたい場合は、排出口にカットゲート、シャッターゲート、コーンゲートなどを設置します。
供給量が変動する主な原因
- 粉体のかさ密度や含水率の変化
- ホッパー内の原料高さの変化
- ブリッジやラットホールの発生
- スクリューへの充満率の変化
- 羽根やケーシングへの付着
- スクリューやケーシングの摩耗
同じ回転速度でも、粉体の状態が変われば質量供給量は変動します。高い精度が必要な場合は、計量値を用いたフィードバック制御を検討します。
ブリッジと供給不足への対策
流動性の低い粉体では、ホッパー内で原料がアーチ状に固まるブリッジや、中央部分だけが抜けるラットホールが発生することがあります。
この場合、スクリューを回転させても原料が投入口へ入らず、供給量が低下します。
- ホッパーの傾斜角度や開口寸法を見直す
- アジテータで原料をほぐす
- バリピッチスクリューで広い範囲から引き出す
- 振動機器やエアレーションを併用する
補助機器を強く動かしすぎると、粉体の締め固めや分級につながる場合があるため、原料特性に応じて調整します。
付着・圧縮・摩耗への対策
付着性の高い粉体では、スクリュー羽根やケーシング内面に原料が堆積し、有効断面積が小さくなります。清掃性を考慮した分解構造や、付着しにくい材質・表面処理を検討します。
圧縮性の高い粉体では、スクリューの回転によって原料が締まり込み、モーター過負荷や閉塞が発生することがあります。羽根ピッチ、回転速度、投入口寸法を適切に設定します。
摩耗性の高い原料では、羽根外周やケーシング内面が摩耗し、隙間の増加によって供給量が変化します。耐摩耗材や交換式部品の採用も検討します。
モーター容量と過負荷監視
モーターと減速機は、原料の搬送抵抗、スクリュー径、回転速度、起動時の負荷などを考慮して選定します。
原料詰まりやゲート閉鎖状態での運転により、通常より大きなトルクが必要になる場合があります。
- インバーターの出力電流監視
- 過負荷継電器による保護
- 回転検出センサによる軸停止監視
- 過負荷発生時の逆転・停止制御
安易な逆転運転は、原料を別の場所へ圧縮したり、機械を損傷したりする可能性があります。設備構造に応じて復旧方法を定めます。
供給ゲートとのインターロック
下流側に供給ゲートを設ける場合は、ゲートが開いていることを確認してからスクリューフィーダーを起動します。
ゲートが閉じた状態で運転すると、原料が排出口付近で圧縮され、閉塞、モーター過負荷、スクリューやケーシングの損傷につながります。
PLCでは、ゲート開限、スクリュー運転、モーター電流、回転確認などを監視し、異常時に設備を停止します。
清掃・保守上のポイント
品種切替えや異物混入防止が必要な設備では、スクリュー、軸、ケーシング、投入口、排出口に残る原料を除去しやすい構造が重要です。
- ケーシングを開放または分解できる構造
- スクリューを引き抜ける構造
- 原料が残留しにくい接続部
- 軸シールや軸受を点検しやすい配置
- 摩耗部品を交換しやすい構造
定期点検では、羽根の摩耗、軸の振れ、異音、軸受温度、シール部からの漏れ、モーター電流の変化を確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、必要供給量、計量精度、粉体特性、設置スペース、清掃性を確認し、全羽、リボン、2軸、親子式、バリピッチなど、用途に適したスクリューフィーダーを設計します。
ホッパー、アジテータ、供給ゲート、計量器、搬送装置を含む機械設計に加え、モーター、インバーター、制御盤、PLC、タッチパネルまで一体で構成します。
粗供給・微供給、停止後落差の補正、過負荷監視、品種別条件管理、計量実績保存、上位システム連携にも対応します。
粉体ごとの供給状態を確認するため、実粉を使用した粉体テストも行っています。
よくある質問
Q. 回転速度を2倍にすると供給量も2倍になりますか？
A. 一定範囲ではおおむね比例しますが、充満率、滑り、圧縮状態が変化するため、必ずしも正確に2倍にはなりません。
Q. 供給量が徐々に少なくなる原因は何ですか？
A. 羽根やケーシングへの付着、ホッパー内のブリッジ、原料残量の低下、スクリューの摩耗などが考えられます。
Q. スクリューが停止しても原料が落ち続ける場合はどうしますか？
A. 低速供給量と停止位置を調整し、必要に応じて排出口へカットゲートやシャッターゲートを追加します。
Q. モーターが過負荷になる主な原因は何ですか？
A. 粉体の圧縮、異物混入、付着、排出口の閉塞、下流ゲートが閉じた状態での運転などが考えられます。
Q. 実際の粉体で供給能力を確認できますか？
A. 粉体テストによって、供給量、安定性、付着、閉塞、停止後落差を確認し、スクリュー形状や制御条件の検討に活用できます。
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